EP0012867B1

EP0012867B1 - Piezoelectric strain transducer

Info

Publication number: EP0012867B1
Application number: EP79104757A
Authority: EP
Inventors: Peter Wolfer; Hansrudolf Derrer; Max Dipl.-Ing. Vollenweider; Hans-Conrad Dipl.-Ing. Sonderegger
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1982-04-21
Also published as: DE2855746C3; DE2855746B2; ATE891T1; EP0012867A1; US4314481A; DE2962593D1; DE2855746A1

Abstract

A piezoelectric strain/force transducer is described, which is attached preferably by only one locking screw to a test specimen or machine part. The force transmitting member of the transducer comprises two bearing surfaces at a distance apart, which bear frictionally on the surface of the machine part and experience a change in spacing in the case of a change in length of the machine part. Due to this, a resilient member, which can be adapted to a desired sensitivity of the gauge, is tensioned and a set of piezoelectric plates held under precompression in the force-transmitting member are subjected to a corresponding shearing force. The piezoelectric plates are cut or polarized so that they respond piezoelectrically solely to shearing forces. The resulting piezoelectric charge is a measurement of the strain or mechanical stress of the machine part and can be used for monitoring or controlling machines or components, in particular those which are subjected to cyclic loads.

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dehnungsaufnehmer zur Ermittlung der Dehnung einer Meßstrecke auf der Oberfläche eines Prüfkörpers und/oder einer auf den Prüfkörper einwirkenden Kraft, mit wenigstens einer unter Vorspannung gehaltenen piezoelektrischen Platte und einem an die Enden der Meßstrecke ankoppelbaren Kraftübertragungsglied zur abstimmbaren Kraftbeaufschlagung der piezoelektrischen Platte.The invention relates to a piezoelectric strain transducer for determining the elongation of a measuring section on the surface of a test specimen and / or a force acting on the test specimen, with at least one piezoelectric plate held under prestress and a force transmission element that can be coupled to the ends of the measuring section for the adjustable application of force to the piezoelectric plate .

Jedes Bauteil, das Kräfte zu übertragen hat, wird durch diese beansprucht und erleidet eine Deformation. Dabei ist nach dem Hockschen Gesetz die Dehnung eines Materials proportional zur Spannung. Am einfachsten läßt sich dieser Zusammenhang an Zugstangen nachprüfen, wo ein einfacher, einachsiger Spannungszustand herrscht, indem man die Dehnung in Kraftrichtung mißt. Zug- und Druckspannungen können sich jedoch auch in drei Raumrichtungen mit Schubspannungen um drei verschiedene Achsen überlagern. Jede Zug- oder Druckspannung bewirkt dabei Deformationen senkrecht zur Richtung der Kraft (Poisson-Effekt), und bei kompliziert gestalteten Werkstücken wird die Spannungsverteilung insgesamt so inhomogen und kompliziert, daß sie kaum mehr berechenbar ist. Deshalb wurde schon seit langer Zeit versucht, die Deformationen direkt mittels Dehnungsaufnehmern zu messen. Ursprünglich stand dabei die Ermittlung der Materialbeanspruchung im Mittelpunkt des Interesses. Beim vorliegenden Dehnungsaufnehmer steht nicht dieser Zweck im Vordergrund, sondern die Bestimmung der in einer Maschine oder einem Bauteil wirkenden Kräfte. Wie kompliziert die Spannungsfelder in einem Maschinenteil auch sein mögen, die an irgendeiner Stelle gemessene Dehnung ist der an einer anderen Stelle einwirkenden Kraft proportional. Dabei ist es nicht notwendig, die Dehnung an einer stark beanspruchten Stelle zu messen. Oft sind gerade diese Stellen schlecht zugänglich, bewegen sich oder sind ungünstigen Umweltbedingungen ausgesetzt. Es ist eine besondere Eigenart des hier beschriebenen piezoelektrischen Dehnungsaufnehmers, daß er eine große Empfindlichkeit besitzt, und somit schon geringe Dehnungen in einem Maschinengestell oder Fundament gemessen werden können. Der Zusammenhang zwischen gemessener Dehnung und wirkender Kraft kann durch eine Kalibrierung mittels eines Referenzkraftmeßelementes leicht bestimmt werden.Every component that has to transmit forces is stressed by it and suffers a deformation. According to Hock's law, the elongation of a material is proportional to the tension. The easiest way to check this relationship is on tie rods, where there is a simple, uniaxial stress state by measuring the elongation in the direction of the force. However, tensile and compressive stresses can also overlap in three spatial directions with shear stresses around three different axes. Every tensile or compressive stress causes deformations perpendicular to the direction of the force (Poisson effect), and in the case of workpieces of complex design, the overall stress distribution becomes so inhomogeneous and complicated that it can hardly be calculated. For this reason, attempts have been made for a long time to measure the deformations directly using strain transducers. Originally, the focus was on determining the material stress. In the present strain sensor, this is not the main focus, but rather the determination of the forces acting in a machine or a component. However complicated the stress fields in a machine part may be, the strain measured at any point is proportional to the force acting at another point. It is not necessary to measure the strain in a heavily used area. These places are often difficult to access, move or are exposed to unfavorable environmental conditions. It is a special peculiarity of the piezoelectric strain transducer described here that it has a high sensitivity, and thus even small strains can be measured in a machine frame or foundation. The relationship between the measured strain and the acting force can easily be determined by calibration using a reference force measuring element.

Für Dauerüberwachungen, insbesondere für den Überlastungsschutz, wurden Dehnungsaufnehmer entwickelt, die mit Schrauben an der Oberfläche des Prüfkörpers befestigt werden. Bei bekannten Konstruktionen, wie z. B. nach der DE-OS 2 617 987, erfolgt die Befestigung mit mehreren Schrauben am Prüfkörper, so daß sich bei einer Dehnung des Prüfkörpers die Länge der Basis- oder Meßstrecke zwischen den Gewindebohrungen für die Schrauben entsprechend vergrößert. Dieses Auseinanderziehen der Schrauben wird auf ein S-förmiges Federglied übertragen, das mit den beiden Schraubenführungen verbunden ist. Am Federglied sind Dehnungsmeßstreifen befestigt, die bei einer Dehnung ihren Widerstandswert ändern. Die Dehnung des Prüfkörpers wird somit auf etwas komplizierte Weise auf die Dehnungsmeßstreifen überführt, wobei anstelle einer direkten Aufklebung der Dehnungsmeßstreifen auf den Prüfkörper eine Schraubverbindung vorgesehen ist, die zwar dauerhafter als eine Klebverbindung ist, aber in Bezug auf Lochabstand, vertikale Ausrichtung der Bohrungsachsen und Planheit der Auflage enge Toleranzen erfordert. Zudem ist die Empfindlichkeit von Dehnungsmeßstreifen, verglichen z. B. mit piezoelektrischen Aufnehmern, gering. Ein Dehnungsmeßstreifen, der auf eine Unterlage aufgeklebt ist, die eine Dehnung von 1 um erfährt, gibt nur ein Nutzsignal von etwa 10-⁵ Volt ab, während eine herkömmliche X-Schnitt-Quarzplatte von 1 cm² Fläche und 1 mm Dicke unter den gleichen Verhältnissen ein Nutzsignal von etwa 4,42 Volt liefert. Piezoelektrische Aufnehmer sind also inhärent um Größenordnungen empfindlicher als Aufnehmer auf Basis von Dehnungsmeßstreifen.Strain sensors have been developed for permanent monitoring, especially for overload protection, which are attached to the surface of the test specimen with screws. In known constructions, such as. B. according to DE-OS 2 617 987, the attachment with several screws on the test specimen, so that the length of the base or measuring section between the threaded holes for the screws increases accordingly when the test specimen is stretched. This pulling apart of the screws is transferred to an S-shaped spring member which is connected to the two screw guides. Strain gauges are attached to the spring element, which change their resistance value when stretched. The elongation of the test specimen is thus transferred to the strain gauges in a somewhat complicated manner, with a screw connection being provided instead of directly affixing the strain gauges to the test specimen, which is more permanent than an adhesive connection, but in terms of hole spacing, vertical alignment of the bore axes and flatness the requirement requires close tolerances. In addition, the sensitivity of strain gauges, compared z. B. with piezoelectric transducers, low. A strain gauge, which is glued to a substrate which undergoes an elongation of 1 micron, is only a useful signal of about 10- ⁵ volts, whereas a conventional X-cut quartz plate of 1 cm ² surface and 1 mm thickness under the same Conditions provides a useful signal of about 4.42 volts. Piezoelectric transducers are therefore inherently several orders of magnitude more sensitive than transducers based on strain gauges.

Piezoelektrische Dehnungsaufnehmer sind bekannt. Ein bekannter Aufnehmer dieser Art wird in der DE-OS 2 634 385 beschrieben. Ebenso wie bei dem oben beschriebenen DMS-Aufnehmer müssen an den Enden einer Basisstrecke zwei Gewindebohrungen in die Oberfläche des Prüfkörpers eingebracht werden. In diese Bohrungen werden die beiden Schrauben eingeschraubt. Zwischen den speziell geformten Schraubenköpfen ist ein piezoelektrisches, auf Druckkraft empfindliches Wandlerelement mit Piezokeramik eingeklemmt. Eine Dehnung oder Kompression des Prüfkörpers bewirkt eine Verkleinerung oder eine Vergrößerung der Klemmspannung, was am piezoelektrischen Wandlerelement eine elektrische Spannung bzw. eine elektrische Ladung hervorruft. Nachteil dieser Dehnungsaufnehmer ist einmal deren schwierige Montage und Justierung. Die Einspannlänge des Wandlerelementes zwischen den Schraubenköpfen muß in der Weise abgestimmt werden, daß die richtige Vorspannung vorliegt. Dabei wirken die Schrauben als Biegefedern, und kann, da die Einschraublänge der Schrauben in den Gewindebohrungen nicht genau definiert ist, mit einer guten Linearität nicht gerechnet werden. Außerdem verwendet der bekannte Dehnungsaufnehmer als Wandlerelement eine Piezokeramik, die aufgrund ihrer herkömmlichen Polarisierung keine linearen Meßsignale liefert und eine große Hysterese aufweist. Der hohe Pyroeffekt der verwendeten Piezokeramik kann ferner bei schnellen Temperaturänderungen in der Umgebung des Aufnehmers zu einer Übersteuerung des Nachfolgeverstärkers infolge großer Pyrospannung am Eingang führen. Da die Meßwerterfassung unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffektes erfolgt, können sich, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, überlagerte Biegemomente und dgl. direkt meßwertverfälschend auswirken.Piezoelectric strain sensors are known. A known sensor of this type is described in DE-OS 2 634 385. As with the DMS transducer described above, two threaded holes must be drilled into the surface of the test specimen at the ends of a base section. The two screws are screwed into these holes. A piezoelectric transducer element with piezoceramic, which is sensitive to pressure force, is clamped between the specially shaped screw heads. Elongation or compression of the test specimen brings about a decrease or an increase in the clamping voltage, which causes an electrical voltage or an electrical charge on the piezoelectric transducer element. The disadvantage of these strain transducers is their difficult assembly and adjustment. The clamping length of the transducer element between the screw heads must be adjusted in such a way that the correct preload is available. The screws act as spiral springs and, since the screw-in length of the screws in the threaded holes is not precisely defined, good linearity cannot be expected. In addition, the known strain transducer uses a piezoceramic as a transducer element, which, because of its conventional polarization, does not provide any linear measurement signals and has a large hysteresis. The high pyro effect of the piezoceramic used can also be used at high temperatures rature changes in the vicinity of the transducer lead to an overload of the successor amplifier due to high pyro voltage at the input. Since the measurement value acquisition takes place using the piezoelectric longitudinal effect, superimposed bending moments and the like can, as will be explained in more detail below, directly falsify the measurement value.

Schließlich ist aus der CH-PS 472 668 ein piezoelektrischer Kraftaufnehmer mit einer Mehrkomponenten-Kraftmeßzelle zur Messung der in verschiedenen Koordinatenrichtungen wirkenden Kräfte in einem Bauteil bekannt. Dieser Aufnehmer verwendet eine Anordnung von aufeinandergeschichteten piezoelektrischen Platten, die durch zwei abstimmbare Membranen mit einem Gehäuse schubelastisch verbunden sind. Gleichzeitig halten die Membranen die Piezoplatten unter Vorspannung. Von den aufeinandergeschichteten Piezoplatten sind die einen auf Druck, die anderen auf Schub empfindlich. Dieser bekannte Aufnehmer eignet sich jedoch nicht zur Messung einer Oberflächendehnung an einem Bauteil, sondern muß ohne Kraftnebenschluß direkt in den Kraftlinienfluß des Bauteiles nach Art einer Kraftmeßdose integriert oder zur Beschleunigungsmessung formschlüssig mit dem Bauteil verbunden werden.Finally, from CH-PS 472 668 a piezoelectric force transducer with a multi-component force measuring cell for measuring the forces acting in different coordinate directions in a component is known. This transducer uses an arrangement of stacked piezoelectric plates, which are connected to a housing in a shear-elastic manner by means of two tunable membranes. At the same time, the membranes keep the piezo plates under tension. Some of the stacked piezoplates are sensitive to pressure, others to thrust. However, this known transducer is not suitable for measuring a surface elongation on a component, but must be integrated directly into the line of force flow of the component in the manner of a load cell without a force shunt or be positively connected to the component for acceleration measurement.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Dehnungsaufnehmer der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, der bei einfachem und robustem Aufbau und Störungsempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen, überlagerten Biegekräften, behinderter Querausdehnung und dgl. in einfacher Weise am Prüfkörper anbringbar und auf die jeweiligen Beanspruchungsverhältnisse an Ort und Stelle einjustierbar ist.In contrast, the invention has for its object to provide a piezoelectric strain transducer of the type mentioned, which with a simple and robust structure and sensitivity to temperature fluctuations, superimposed bending forces, impeded transverse expansion and the like. Can be easily attached to the test specimen and to the respective stress conditions on site and position is adjustable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Anders als bei den bislang bekannten piezoelektrischen Dehnungsaufnehmern sieht die Erfindung ein oder mehrere piezoelektrische Elemente oder Platten vor, die nur auf Schub in einer bestimmten Richtung piezoelektrisch reagieren und in einem Kraftübertragungsglied, das durch nur eine Spannschraube kraftschlüssig an die Enden der Meßstrecke über zwei beabstandete Auflageflächen ankoppelbar ist, so angeordnet sind, daß eine Änderung des Abstandes der beiden Auflageflächen die piezoelektrischen Platten im wesentlichen nur mit einer Schubkraft beaufschlagt. Vorzugsweise ist wenigstens eine der Auflageflächen an einem federelastischen Glied vorgesehen, das an der Schubkrafteinleitung bzw. -übertragung beteiligt ist und durch Wahl einer entsprechenden Federelastizität eine leichte Abstimmung der Empfindlichkeit des Dehnungsaufnehmers ermöglicht. Als Material für die piezoelektrischen Platten wird vorzugsweise wegen der guten Linearität und des fehlenden Pyroeffektes ein Quarzkristall mit einem sog. Y-Schnitt vorgesehen, doch kann auch eine derart polarisierte Piezokeramik verwendet werden, daß diese nur auf Schubbeanspruchung anspricht. Wegen der kraftschlüssigen Ankopplung des Dehnungsaufnehmers mit Hilfe nur einer einzigen Spannschraube ergibt sich nicht nur eine einfachere Montage und Demontage des Aufnehmers an einem Prüfkörper oder Bauteil, sondern auch die Möglichkeit, bei nicht genau vorbekanntem maximalem Kraftlinienverlauf im Prüfkörper den Dehnungsaufnehmer an Ort und Stelle auf die maximalen Beanspruchungsverhältnisse einstellen zu können. Hierzu kann man direkt an dem zu überwachenden Bauteil unter Vergleich mit einer Kraftmeßzelle in dessen Hauptkraftfluß eine stufenweise Kalibrierung vornehmen und den Dehnungsaufnehmer dann schrittweise so lange winkelmäßig verdrehen, bis bei einer bestimmten Bauteilbelastung eine maximale Meßwertanzeige vorliegt. Wegen der kraftschlüssiger: Ankopplung des Aufnehmers über zwei beabstandete Auflageflächen ergibt sich ferner ein Überlastungsschutz, indem bei Überschreiten bestimmter Verformungsgrenzen der Aufnehmer an seinen Auflageflächen durchrutscht und dadurch Beschädigungen durch Überlastung verhindert werden. Nach einer solchen Überlastung braucht die Spannschraube des Dehnungsaufnehmers lediglich gelöst und erneut ohne wiederholte Eichung angezogen werden.In contrast to the previously known piezoelectric strain transducers, the invention provides one or more piezoelectric elements or plates that only react piezoelectrically to thrust in a certain direction and in a force transmission element that is non-positively connected to the ends of the measuring section by means of only one clamping screw over two spaced contact surfaces can be coupled, are arranged so that a change in the distance between the two contact surfaces essentially only applies a pushing force to the piezoelectric plates. At least one of the contact surfaces is preferably provided on a spring-elastic member which is involved in the introduction or transmission of the thrust force and which, by selecting an appropriate spring elasticity, enables the sensitivity of the strain sensor to be easily adjusted. A quartz crystal with a so-called Y-cut is preferably provided as the material for the piezoelectric plates because of the good linearity and the lack of a pyro effect, but such a polarized piezoceramic can also be used that it only responds to shear stress. Because of the non-positive coupling of the strain gauge with the help of just a single clamping screw, not only is there a simpler assembly and disassembly of the strain gauge on a test specimen or component, but also the possibility to place the strain gauge in place on the test specimen if the maximum force line curve in the test specimen is not exactly known to be able to set maximum stress ratios. To do this, you can carry out a gradual calibration directly on the component to be monitored, comparing it with a load cell in its main force flow, and then gradually turn the strain sensor angularly until a maximum measured value display is available for a specific component load. Because of the more forceful: coupling of the transducer over two spaced support surfaces, there is also overload protection, in that when certain deformation limits are exceeded, the transducer slips on its support surfaces, thereby preventing damage from overloading. After such an overload, the tensioning screw of the strain sensor only needs to be loosened and tightened again without repeated calibration.

Bezüglich Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen.With regard to developments of the invention, reference is made to the claims.

Die erfindungsgemäße Kombination von piezoelektrischen, nur auf Schubkräfte ansprechenden Platten und einem kraftschlüssig an die Enden der Meßstrecke eines Prüfkörpers oder Bauteils ankoppelbaren Kraftübertragungsglied zur Schubkraftbeaufschlagung der Piezoplatten in Gestalt eines Kraftnebenschlusses stellt somit einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Betriebsüberwachung von Arbeitsmaschinen, insbesondere solchen dar, die zyklischen Belastungen unterworfen sind.The combination according to the invention of piezoelectric plates that only respond to shear forces and a force transmission element that can be coupled non-positively to the ends of the measuring section of a test specimen or component for applying shear force to the piezo plates in the form of a force shunt thus represents a significant advance in the field of operational monitoring of work machines, in particular those the cyclical loads are subjected.

Zusammengefaßt wird durch die Erfindung ein piezoelektrischer Dehnungsaufnehmer geschaffen, der durch eine einzige Spannschraube auf der Oberfläche eines durch Kräfte beanspruchten Bauteiles befestigt wird und mit zwei Auflageflächen an den Enden einer Meß- oder Basisstrecke des Bauteiles kraftschlüssig aufliegt. Eine Dehnung in der Oberfläche des Bauteiles bewirkt eine Änderung der Meßstrekke und damit eine Verrückung der Auflageflächen, wodurch ein oder mehrere schubempfindliche piezoelektrische Platten einer Schubkraft ausgesetzt werden. Die entstehende piezoelektrische Ladung ist ein Maß für die Dehnung im Bauteil und damit für die an der gewählten Stelle des Bauteiles wirkende Kraft.In summary, the invention provides a piezoelectric strain sensor which is fastened by a single clamping screw on the surface of a component which is subjected to forces and which has two bearing surfaces at the ends of a measuring or base section of the component. An expansion in the surface of the component causes a change in the measuring distance and thus a displacement of the contact surfaces, as a result of which one or more thrust-sensitive piezoelectric plates are exposed to a thrust. The resulting piezoelectric charge is a measure of the elongation in the component and thus of the force acting on the selected part of the component.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung unter vorhergehender Bezugnahme auf den Ausgangspunkt der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht von einem mit zwei Schrauben an einem Prüfkörper ankoppelbaren Dehnungsaufnehmer mit einem als Zuglasche ausgebildeten federelastischen Glied,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht von einem Dehnungsaufnehmer ähnlicher Bauart wie in Fig. 1 mit einem als Biegefeder ausgebildeten federelastischen Glied,
Fig. 3 eine geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform von einem erfindungsgemäß aufgebauten Dehnungsaufnehmer,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 3,
Fig. 5 eine längsgeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform von einem erfindungsgemäß aufgebauten Dehnungsaufnehmer,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 5,
Fig. 7 eine perspektivische Detailansicht von bei der Ausführungsform nach Fig. 5 bevorzugt verwendeten halbringförmigen piezoelektrischen Platten und
Fig. 8 schematisch die Schritte zur Herstellung der halbringförmigen piezoelektrischen Platten gemäß Fig. 5 und 7.

Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing with previous reference to the starting point of the invention. It shows

1 shows a partially sectioned schematic view of an expansion sensor which can be coupled to a test specimen with two screws and has a spring-elastic member designed as a pull tab,
2 shows a partially sectioned schematic view of a strain sensor of a similar design as in FIG. 1 with a resilient member designed as a spiral spring,
3 shows a sectional view of a first embodiment of an expansion sensor constructed according to the invention,
4 is a plan view of the embodiment of FIG. 3,
5 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of an expansion sensor constructed according to the invention,
6 is a plan view of the embodiment of FIG. 5,
Fig. 7 is a detailed perspective view of the semi-annular piezoelectric plates and preferably used in the embodiment of Fig. 5
8 schematically shows the steps for producing the semi-ring-shaped piezoelectric plates according to FIGS. 5 and 7.

In der Zeichnung sind durchgehend gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bevor auf die piezoelektrischen Dehnungsaufnehmer nach der Erfindung im einzelnen eingegangen wird, werden nachfolgend anhand von Fig. 1 und 2 zwei Ausführungen von an sich neuartigen piezoelektrischen Dehnungsaufnehmern erläutert, um den Ausgangspunkt der Erfindung zu verdeutlichen.Throughout the drawing, identical or similar parts are provided with the same reference symbols. Before the piezoelectric strain transducers according to the invention are discussed in detail, two embodiments of piezoelectric strain transducers which are novel per se are explained below with reference to FIGS. 1 and 2 in order to clarify the starting point of the invention.

In Fig. 1 betrifft das Bezugszeichen 1 die Oberfläche eines Prüfkörpers, z. B. eines Teiles oder Abschnittes einer Maschine oder Vorrichtung, der einer Belastung ausgesetzt ist und in den an einer geeigneten Stelle zwei voneinander beabstandete Gewindebohrungen 2 zum Einschrauben einer Befestigungsschraube 3 und einer Spannschraube 4 eingebracht sind. Bei dem Dehnungsaufnehmer nach Fig. 1 besteht das Kraftübertragungsglied aus zwei in Abstand voneinander liegende Blockanordnungen, die über eine das elastische Glied darstellende Zuglasche 7 miteinander verbunden sind. Die eine in der Zeichnung linke Blockanordnung umfaßt zwei Unterlagscheiben 5, 6, zwischen denen der eine benachbarte Endbereich der Zuglasche 7 mittels der sich durch die besagten Teile erstreckenden Befestigungsschraube 3 eingeklemmt wird. Die andere in der Zeichnung rechte Blockanordnung umfaßt eine obere Deckscheibe 8 und eine untere auf der Oberfläche 1 des Prüfkörpers aufliegende Schubplatte 14, die zwischen sich in der Reihenfolge von oben nach unten den anderen Endbereich der Zuglasche 7, eine Isolationsplatte 9, eine Elektrode 10 und eine piezoelektrische Platte 11 einschließen, wobei diese Teile durch die sich hindurcherstreckende Spannschraube 4 unter Vorspannung der piezoelektrischen Platte 11 zusammengepreßt werden.In Fig. 1, reference numeral 1 relates to the surface of a test specimen, e.g. B. a part or section of a machine or device that is exposed to a load and in which two spaced threaded holes 2 are inserted at a suitable point for screwing in a fastening screw 3 and a clamping screw 4. 1, the force transmission member consists of two spaced-apart block arrangements which are connected to one another via a pull tab 7 representing the elastic member. The one block arrangement on the left in the drawing comprises two washers 5, 6, between which the one adjacent end region of the pull tab 7 is clamped by means of the fastening screw 3 extending through said parts. The other block arrangement on the right in the drawing comprises an upper cover plate 8 and a lower thrust plate 14 resting on the surface 1 of the test specimen, which between them, in order from top to bottom, the other end region of the pull tab 7, an insulation plate 9, an electrode 10 and enclose a piezoelectric plate 11, these parts being pressed together by the tension screw 4 extending therethrough under pretension of the piezoelectric plate 11.

Bei an dem Prüfkörper mittels der Schrauben 3, 4 befestigtem Dehnungsaufnehmer bewirkt eine Dehnung des Prüfkörpers, daß sich der Abstand zwischen den Gewindebohrungen 2 vergrößert und die Zuglasche 7 einer Zugbeanspruchung ausgesetzt wird. Die in der Zuglasche 7 herrschende Kraft beaufschlagt wegen der gewählten Anordnung die piezoelektrische Platte 11 mit einer Schubkraft. Die piezoelektrische Platte 11 ist so ausgelegt, daß sie hinsichtlich der auf sie einwirkenden Kräfte nur unter Schub piezoelektrisch anspricht. Handelt es sich bei der Platte 11 um einen piezoelektrischen Kristall, wie Quarz, so wird dies durch Vorsehen eines sog.When the extensometer is attached to the test specimen by means of the screws 3, 4, an elongation of the test specimen causes the distance between the threaded bores 2 to increase and the pull tab 7 to be subjected to tensile stress. The force prevailing in the pull tab 7 acts on the piezoelectric plate 11 with a pushing force because of the selected arrangement. The piezoelectric plate 11 is designed so that it responds piezoelectrically only under thrust with regard to the forces acting on it. If the plate 11 is a piezoelectric crystal, such as quartz, this is done by providing a so-called

Y-Schnittes erreicht, bei dem die Oberflächen der piezoelektrischen Platte 11 senkrecht zu der kristallografischen Y-Achse gerichtet sind. Wird dagegen statt eines piezoelektrischen Kristalls eine Piezokeramik für die Platte 11 verwendet, muß die elektrische Polarisationsrichtung in der Plattenebene liegen und parallel zur Meßstrecke sein, wodurch wiederum ein auf Schub beanspruchtes Element entsteht. Die piezoelektrische Platte 11 wird beim Zusammenbau des Dehnungsaufnehmers nach Fig. 1 dergestalt ausgerichtet, daß die Zugkraft der Zuglasche 7 in Richtung der kristallografischen X-Achse wirkt.Y-cut achieved, in which the surfaces of the piezoelectric plate 11 are directed perpendicular to the crystallographic Y-axis. On the other hand, if instead of a piezoelectric crystal, a piezoceramic is used for the plate 11, the electrical polarization direction must lie in the plane of the plate and be parallel to the measuring section, which in turn creates an element that is subjected to shear. The piezoelectric plate 11 is aligned during assembly of the strain sensor according to FIG. 1 in such a way that the tensile force of the pull tab 7 acts in the direction of the crystallographic X-axis.

Die Elektrode 10 steht über ein Kabel 12 mit einem Verstärker 13 in Verbindung.The electrode 10 is connected to an amplifier 13 via a cable 12.

Der Vorteil aus der Verwendung des piezoelektrischen Schubeffektes wird deutlich, wenn man die Matrix der Piezokonstanten von einem Quarzkristall als typisches Beispiel betrachtet.The advantage of using the piezoelectric shear effect becomes clear when you consider the matrix of the piezo constants of a quartz crystal as a typical example.

Matrix der Piezokonstanten von Quarz:

oder in Zahlen bzw. ₁₀-¹² _C/N

Matrix of the piezo constants of quartz:

or in numbers or ₁₀ - ¹² _{C / N}

Die piezoelektrischen Aufnehmer bekannter Bauart, die mit Quarzkristallen arbeiten, verwenden sogenannte X-Schnittplatten unter Ausnutzung des longitudinalen piezoelektrischen Effektes dυ. Dies bedeutet, daß die Platten senkrecht zur Oberfläche belastet werden und Ladungen auf beiden Plattenoberflächen entstehen. Aus der obigen Matrix geht hervor, daß auch durch den Transversaleffekt Ladungen auf den Plattenoberflächen einer X-Platte auftreten, d. h. wenn die Platte von der Seite her in Richtung der Y-Achse radial gedrückt wird, entstehen ebenfalls große Ladungen, die sich als Fehlersignal bemerkbar machen können. Bei einem senkrechten Druck auf die Platte besteht nämlich die Tendenz des Materials, wegen des sog. Poisson-Effektes seitlich auszuweichen, was jedoch durch die angrenzenden Elektroden teilweise unterdrückt wird. Infolge dieser Unterdrückung entstehen radiale Kräfte, die via Transversaleffekt piezoelektrische Ladungen hervorrufen, welche die vom Longitudinaleffekt erzeugten Ladungen teilweise kompensieren. Die insgesamt vorliegenden Ladungen sind demnach vom Unterdrückungsgrad der Querausdehnung abhängig. Eine Kraft erzeugt somit nicht dieselbe piezoelektrische Ladung, wenn die in der Mitte oder am Rand einer Platte einwirkt. In der Mitte ist der Unterdrückungsgrad größer, da die belasteten Plattenbereiche von nicht belasteten umgeben sind, welche die Querausdehnung behindern. Dagegen kann an den Randbereichen der Platte die Querausdehnung wenigstens in einer Richtung unbehindert erfolgen. Wirkt weiter auf die Oberfläche einer X-Schnittplatte ein Biegemoment, z. B. um die Z-Achse, sollte auf der Platte eigentlich keine piezoelektrische Ladung erscheinen, da das Kräftepaar auf der einen Seite der Platte eine positive und auf der anderen Seite eine negative Ladung hervorruft, so daß sich die Ladungen gegenseitig aufheben. Steht die Platte jedoch unter einer Vorspannkraft, die durch die Mitte der Platte geht, bedeutet das Einwirken eines Biegemomentes eine Verschiebung dieser Kraft in Richtung der Y-Achse zum Rand der Platte hin, wo die Behinderung der Querausdehnung geringer und der Piezoeffekt größer ist. Die Kraft erzeugt dann eine größere piezoelektrische Ladung, was scheinbar die Wirkung des Momentes ist. Aus der obigen Matrix geht weiter hervor, daß ein Schubeffekt d₁₄ existiert, der auf der X-Schnittfläche ebenfalls eine Ladung erzeugen kann. Da jedoch die Kompression in X-Richtung nicht analog zur Querausdehnung infolge des Poisson'schen Effektes mit einer Winkeldeformation verbunden ist, entstehen keine Deformationsunterdrückungen, und ist eine Sekundärwirkung des Schubeffektes nicht gegeben. Eine Y-Schnittplatte reagiert daher nur auf Schub in X-Richtung, so daß sekundäre Störeffekte infolge der Poisson'schen Querausdehnung sowie transversale Piezoelektrizität nicht vorliegen. Der zweite Schubeffekt - d14 stört ebenfalls nicht. Die piezoelektrische Empfindlichkeit einer solchen Platte wird also nicht durch Vorspannmomente im Dehnungsaufnehmer, die sich bei der Dehnung der Unterlage verändern können, beeinflußt. Vielmehr reagiert die Platte nur auf die einwirkende Schubkraft, was einen wesentlichen Vorteil bedeutet, da eine verbiegungsfreie Befestigung des Dehnungsaufnehmers praktisch nicht möglich ist. Dieser Vorteil aus dem piezoelektrischen Schubeffekt gegenüber dem Transversal- und Longitudinaleffekt ist bei den meisten piezoelektrischen Materialien vorhanden, also nicht nur bei Quarz.The piezoelectric transducers of known design, which work with quartz crystals, use so-called X-cut plates, taking advantage of the longitudinal piezoelectric effect dυ. This means that the plates are loaded perpendicular to the surface and charges are created on both plate surfaces. The above matrix shows that charges also occur on the plate surfaces of an X plate due to the transverse effect, ie when the plate is viewed from the side in the direction of the If the Y-axis is pressed radially, large charges also arise, which can make themselves felt as an error signal. With a vertical pressure on the plate there is a tendency for the material to move sideways due to the so-called Poisson effect, but this is partially suppressed by the adjacent electrodes. As a result of this suppression, radial forces arise which, via the transverse effect, produce piezoelectric charges which partially compensate for the charges generated by the longitudinal effect. The total charges present are therefore dependent on the degree of suppression of the transverse expansion. A force therefore does not generate the same piezoelectric charge when it acts in the middle or on the edge of a plate. The degree of suppression is greater in the middle, since the loaded plate areas are surrounded by unloaded ones, which hinder the transverse expansion. On the other hand, the transverse expansion can take place at least in one direction unhindered at the edge regions of the plate. A further bending moment acts on the surface of an X-cutting plate, e.g. B. around the Z axis, no piezoelectric charge should actually appear on the plate, since the pair of forces on one side of the plate produces a positive charge and on the other side a negative charge, so that the charges cancel each other out. However, if the plate is under a prestressing force that passes through the center of the plate, the action of a bending moment means a displacement of this force in the direction of the Y axis towards the edge of the plate, where the impediment to transverse expansion is less and the piezo effect is greater. The force then creates a larger piezoelectric charge, which is apparently the effect of the moment. The matrix above also shows that there is a shear effect d ₁₄ , which can also generate a charge on the X-cut surface. However, since the compression in the X direction is not associated with an angular deformation in the same way as the transverse expansion due to the Poisson effect, there are no deformation suppression and there is no secondary effect of the shear effect. A Y-cut plate therefore only reacts to thrust in the X direction, so that secondary interference effects due to Poisson's transverse expansion and transverse piezoelectricity do not exist. The second thrust effect - d14 does not bother either. The piezoelectric sensitivity of such a plate is therefore not influenced by prestressing moments in the strain sensor, which can change when the base is stretched. Rather, the plate only reacts to the acting thrust, which means a significant advantage, since it is practically not possible to bend the strain gauge without bending. This advantage from the piezoelectric shear effect over the transverse and longitudinal effect is present in most piezoelectric materials, not just quartz.

Je nachdem, ob der Querschnitt S_I der Z_'jg)asche 7 größer oder kleiner gewählt wird bzw. die freie Überbrückungslänge 1₁ der Zuglasche 7 zwischen den beiden Blockanordnungen in Fig. 1 kürzer oder länger ist, wird bei einer bestimmten Dehnung des Prüfkörpers eine mehr oder minder große Kraft auf die piezoelektrische Platte 11 übertragen und ist somit deren Ausgangssignal entsprechend größer oder kleiner. Durch Veränderung des Querschnittes S_i oder der Länge l_i kann daher die Empfindlichkeit des Dehnungsaufnehmers nach Fig. 1 leicht abgestimmt werden. Jedoch sollte die Zuglasche 7 nicht so steif sein, daß zu große Kräfte entstehen, die zu einem Rutschen des Dehnungsaufnehmers auf der Oberfläche des Prüfkörpers führen könnten.Depending on whether the cross-section S _I to Z _'jg) Ash 7 larger or smaller is selected or the free lock-up length 1 ₁ of the pull tab 7 between the two block assemblies in Fig. 1 is shorter or longer, is at a certain elongation of the test specimen a more or less large force is transmitted to the piezoelectric plate 11 and the output signal is accordingly larger or smaller. By changing the cross section S _i or the length l _i , the sensitivity of the strain sensor according to FIG. 1 can therefore be easily adjusted. However, the pull tab 7 should not be so stiff that excessive forces arise that could cause the strain sensor to slide on the surface of the test specimen.

Ein weiterer Dehnungsaufnehmer ist in Fig. 2 gezeigt. Der hier wiedergegebene Dehnungsaufnehmer eignet sich besonders für größere Meßbereiche, z. B. wenn der Prüfkörper aus einem anderen Material als einer Eisenlegierung besteht; er hat dafür i. R. eine geringere Empfindlichkeit.Another strain sensor is shown in Fig. 2. The strain sensor shown here is particularly suitable for larger measuring ranges, e.g. B. if the test specimen is made of a material other than an iron alloy; he has i. Usually a lower sensitivity.

In Fig. 2 bedeuten das Bezugszeichen 1 wieder die Oberfläche des Prüfkörpers, 2 ein Paar beabstandete Gewindebohrungen, 3 eine Befestigungsschraube und 4 eine Spannschraube. Das Kraftübertragungsglied 21 setzt sich hier ebenfalls grundsätzlich aus zwei in Abstand voneinander befindliche Blockanordnungen zusammen, von denen die eine, in der Zeichnung linke, mittels der Befestigungsschraube 3 und die andere, in der Zeichnung rechte, mittels der Spannschraube 4 auf die Oberfläche des Prüfkörpers aufgedrückt wird. Die beiden Blockanordnungen sind jedoch anders als bei Fig. 1 über das elastische Element dieser Ausführungsform darstellendes Federglied 22 nach Art einer Biegefeder vorzugsweise integral miteinander verbunden. Die Biegesteifigkeit des Federgliedes 22 kann durch entsprechende Bemessung der Länge 1₂ und des Querschnittes S₂ in weiten Grenzen verändert werden. Durch nachträgliche Bearbeitung des Federgliedes 22, gegebenenfalls sogar im montierten Zustand, ist eine Abstimmung der Empfindlichkeit des Dehnungsaufnehmers auf einen bestimmten gewünschten Wert leicht möglich. Wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform werden in der rechten Blockanordnung die Isolationsplatte 9, die Elektrode 10 und die piezoelektrische Y-Schnittplatte 11 durch die Spannschraube 4 zwischen einem Abschnitt des Kraftübertragungsgliedes 21 und einer auf der Oberfläche des Prüfkörpers aufliegenden Schubplatte 14 eingeklemmt.In Fig. 2, reference numeral 1 again means the surface of the test specimen, 2 a pair of spaced threaded holes, 3 a fastening screw and 4 a clamping screw. The force transmission member 21 is here also basically composed of two spaced-apart block arrangements, one of which, in the drawing on the left, is pressed onto the surface of the test specimen by means of the fastening screw 3 and the other, on the right in the drawing, by means of the clamping screw 4 becomes. However, unlike in FIG. 1, the two block arrangements are preferably integrally connected to one another in the manner of a spiral spring via the spring element 22 which represents the elastic element of this embodiment. The bending stiffness of the spring member 22 can be changed within wide limits by appropriate dimensioning of the length 1 ₂ and the cross section S ₂ . By subsequent processing of the spring member 22, possibly even in the assembled state, it is easily possible to adjust the sensitivity of the strain sensor to a specific desired value. As in the embodiment described above, in the right block arrangement, the insulation plate 9, the electrode 10 and the piezoelectric Y-cut plate 11 are clamped by the tension screw 4 between a section of the force transmission member 21 and a thrust plate 14 resting on the surface of the test specimen.

Die Dehnungsaufnehmer nach Fig. 1 und 2 erfordern zwei Schrauben 3, 4 für die Ankopplung am Prüfkörper. Die Schrauben erfüllen dabei eine Doppelfunktion, indem sie nicht nur der Befestigung des Dehnungsaufnehmers auf der Oberfläche des Prüfkörpers dienen, sondern auch an der Übertragung der Längenänderung der Meß- oder Basisstrecke des Prüfkörpers beteiligt sind. Die Zweischrauben-Ausführung ist nicht nur mit einem entsprechend höheren Arbeitsaufwand bei der Montage und Demontage des Dehnungsaufnehmers verbunden, sondern kann auch zu Schwierigkeiten führen, wenn die Richtung der auf den Prüfkörper einwirkenden Kräfte von vornherein nicht genau bekannt ist. Diese Probleme werden mit den erfindungsgemäßen Dehnungsaufnehmern gemäß Fig. 3 und 5 beseitigt.1 and 2 require two screws 3, 4 for coupling to the test specimen. The screws perform a double function in that they not only serve to attach the strain gauge to the surface of the test specimen, but also to transmit the change in length of the measuring or base section of the test specimen involved. The two-screw version is not only associated with a correspondingly higher amount of work in the assembly and disassembly of the strain sensor, but can also lead to difficulties if the direction of the forces acting on the test specimen is not exactly known from the outset. These problems are eliminated with the strain transducers according to the invention as shown in FIGS. 3 and 5.

In Fig. 3 bedeuten das Bezugszeichen 1 wieder die einer Dehnung unterworfene Oberfläche des Prüfkörpers und das Bezugszeichen 2 eine einzelne Gewindebohrung in der Oberfläche des Prüfkörpers, in die eine Spannschraube 31 zur Befestigung des Dehnungsaufnehmers eingeschraubt werden kann. Der Dehnungsaufnehmer nach Fig. umfaßt ein Kraftübertragungsglied 32, welches einen elastischen Teilbereich 33 an einem Ende und ein Brückenteil 34 im Bereich seines anderen Endes aufweist. Des weiteren ist, wie dargestellt, im Kraftübertragungsglied eine Bohrung 35 ausgebildet, durch die sich die Spannschraube 31 hindurcherstreckt. Der elastische Teilbereich 33 des Kraftübertragungsgliedes, der hier in Form einer jedoch nicht notwendigerweise integral angeformten, sich in Richtung auf die Oberfläche 1 des Prüfkörpers erstreckenden und quer zur Längsachse bzw. Bezugsfläche 67 des Dehnungsaufnehmers liegenden Leiste ausgebildet ist, weist eine auf der Oberfläche 1 des Prüfkörpers aufliegende gerade Auflagefläche 36 (Fig. 4) auf, die durch die Vorspannkraft der Spannschraube 31 gegen die Oberfläche des Prüfkörpers gepreßt wird und eine der beiden Einrichtungen darstellt, mit denen der Dehnungsaufnehmer kraftschlüssig an die Oberfläche des Prüfkörpers angekoppelt wird. Wie dargestellt, ist im Bereich des in Richtung der Meßstrecke anderen Endes des Kraftübertragungsgliedes 32, speziell im Brükkenteil 34, eine Aussparung 30 vorgesehen, die eine Schubplatte 40 aufnimmt. Zwischen der der Oberfläche des Prüfkörpers abgewandten Fläche der Schubplatte 40 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Aussparung 30 im Brückenteil 34 sind zwei übereinanderliegende piezoelektrische Platten 37, 38 mit einer dazwischen angeordneten Elektrode 39 unter Vorspannung gehalten. Die Elektroden 39 und eine in geeigneter Weise am Dehnungsaufnehmer befestigte Steckbuchse 44 stehen elektrisch miteinander in Verbindung. Die Schubplatte 40 weist, wie dargestellt, eine im wesentlichen horizontale Abdeckringscheibe 41 und eine sich vom äußeren Ende der Abdeckringscheibe nach unten erstreckende Abdeckhülse 42 auf, die durch eine Schweißverbindung 43 an benachbarten Stellen der Aussparung 30 im Brückenteil 34 befestigt ist. Die Schubplatte 40, die Abdeckringscheibe 41 und die Abdeckhülse 42 stellen vorzugsweise integrale Teile dar und sind aus einem Stück gedreht. Sie decken die piezoelektrischen Platten 37 und 38 nach unten ab und schützen sie so vor einem Eindringen von Staub und Feuchtigkeit. Des weiteren werden die Schubplatten 40, die piezoelektrischen Platten 37, 38 und die Elektrode 39 durch die Abdeckringscheibe 41 und die Abdeckhülse 42 infolge von deren Federkraft gegen das Brückenteil 34 gespannt. Die Abdeckringscheibe 41 und die Abdeckhülse 42 weisen jedoch ausreichende Elastizität auf, so daß seitliche Verschiebungen der Schubplatte 40 ohne wesentliche Behinderung möglich sind. Die genannte Vorspannwirkung durch die Teile 41, 42 wird durch die Vorspannkraft der Spannschraube 31 noch erhöht. Mit 45 ist ein Stecker bezeichnet, der, wie dargestellt, in eine Steckbuchse 44 eingreift, die an einem hochisolierenden, rauschfreien, abgeschirmten Kabel 46 befestigt ist. Eine Hülse 47 dient zur Befestigung des Kabels 46 am Kraftübertragungsglied 32, und ein Sicherungsstift 48 verkeilt die Hülse 47 im Übertragungsglied 32. Das Kabel 46 leitet die mittels der Elektrode 39 von den piezoelektrischen Platten 37 und 38 abgenommenen Ladungen zu einem nicht gezeigten externen Ladungsverstärker.In Fig. 3, reference numeral 1 again means the surface of the test specimen subjected to stretching and reference numeral 2 denotes a single threaded hole in the surface of the test specimen, into which a clamping screw 31 can be screwed for fastening the strain transducer. The extensometer according to FIG. Comprises a force transmission member 32 which has an elastic partial area 33 at one end and a bridge part 34 in the area of its other end. Furthermore, as shown, a bore 35 is formed in the force transmission member, through which the clamping screw 31 extends. The elastic partial area 33 of the force transmission member, which here is in the form of a but not necessarily integrally molded, extending in the direction of the surface 1 of the test specimen and lying transversely to the longitudinal axis or reference surface 67 of the strain sensor, has a on the surface 1 of the Test specimen resting on a straight contact surface 36 (FIG. 4), which is pressed against the surface of the test specimen by the prestressing force of the clamping screw 31 and is one of the two devices with which the strain sensor is non-positively coupled to the surface of the test specimen. As shown, in the region of the other end of the force transmission element 32 in the direction of the measuring section, especially in the bridge part 34, a recess 30 is provided which receives a thrust plate 40. Between the surface of the thrust plate 40 facing away from the surface of the test specimen and the opposite surface of the recess 30 in the bridge part 34, two piezoelectric plates 37, 38 lying one above the other are held under prestress with an electrode 39 arranged between them. The electrodes 39 and a socket 44 which is suitably fastened to the strain sensor are electrically connected to one another. The push plate 40, as shown, has a substantially horizontal cover ring disk 41 and a cover sleeve 42, which extends downward from the outer end of the cover ring disk and is fastened by a welded connection 43 at adjacent locations of the recess 30 in the bridge part 34. The thrust plate 40, the cover washer 41 and the cover sleeve 42 are preferably integral parts and are rotated from one piece. They cover the piezoelectric plates 37 and 38 downwards and thus protect them from the ingress of dust and moisture. Furthermore, the thrust plates 40, the piezoelectric plates 37, 38 and the electrode 39 are clamped against the bridge part 34 by the cover washer 41 and the cover sleeve 42 as a result of their spring force. The cover ring disk 41 and the cover sleeve 42, however, have sufficient elasticity so that lateral displacements of the thrust plate 40 are possible without significant obstruction. The aforementioned prestressing effect by the parts 41, 42 is further increased by the prestressing force of the tensioning screw 31. 45 with a plug is designated, which, as shown, engages in a socket 44 which is attached to a highly insulating, noise-free, shielded cable 46. A sleeve 47 is used to fasten the cable 46 to the force transmission element 32, and a locking pin 48 wedges the sleeve 47 in the transmission element 32. The cable 46 conducts the charges removed from the piezoelectric plates 37 and 38 by means of the electrode 39 to an external charge amplifier, not shown.

Die Schubplatte 40 trägt erfindungsgemäß an ihrer der Oberfläche 1 des Prüfkörpers zugewandten Seite einen Ringsteg 50 mit einer ringförmigen Auflagefläche 49 (Fig. 4), die auf der Oberfläche des Prüfkörpers aufliegt. Die ringförmige Gestalt der Auflagefläche 49 wurde gewählt, um eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung auf die piezoelektrischen Platten 37 und 38 zu erhalten, wobei die Höhe des Ringsteges 50 derart ist, daß sich die Auflagefläche 49 der Dehnung des umspannten Oberflächenbereiches des Prüfkörpers ohne Rutschen elastisch anpassen kann. Das Ende der Meßstrecke ist dann ein virtueller Punkt, der ungefähr in der Mitte des von dem Ringsteg 50 umgebenden Oberflächenbereiches des Prüfkörpers liegt. Die ringförmige Krafteinleitung in die Schubplatte 40 hat u. a. den Vorteil, daß bei leicht konvexen oder konkaven Prüfkörperflächen sich die Spannungsverteilung bzw. Belastung der piezoelektrischen Platten 37 und 38 nur wenig ändert, während z. B. bei Vorsehen einer kreisflächenförmigen Auflagefläche die Krafteinleitung punktförmig in der Mitte oder am Rand erfolgen würde und die daraus resultierenden unterschiedlichen Spannungsverteilungen zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten des Dehnungsaufnehmers führen könnten. Ein anderer wesentlicher Vorteil aus der ringförmig gestalteten Auflagefläche 49 liegt darin, daß die Schubplatte 40 sich nur seitlich verschieben, jedoch nicht abkippen kann, da durch die flächenhafte Ausdehnung der Auflage die Schubplatte 40 gezwungen ist, die horizontale bzw. oberflächenparallele Lage beizubehalten. Eine Schneide als Auflagefläche würde dagegen eine Drehung um die Auflagekante ermöglichen, so daß die Schubplatte 40 ein Biegemoment auf die piezoelektrischen Platten 37 und 38 übertragen würde, die dadurch ziemlich stark verformt werden. Die Schubplatte 40 stellte dann im übertriebenen Sinne einen Hebel und die piezoelektrischen Platten 37 und 38 wegen ihres niedrigen Elastizitätsmoduls und der Spaltelastizitäten ein Gelenk dar. Eine solche Anordnung hätte die Funktion eines Biegebalkens mit niedriger Federkonstanten, und dementsprechend würde die übertragene Kraft und damit die Empfindlichkeit klein sein.The push plate 40 according to the invention carries on its side facing the surface 1 of the test specimen an annular web 50 with an annular bearing surface 49 (FIG. 4) which rests on the surface of the test specimen. The annular shape of the bearing surface 49 was chosen in order to obtain the most uniform possible load distribution on the piezoelectric plates 37 and 38, the height of the ring web 50 being such that the bearing surface 49 can adapt elastically to the expansion of the spanned surface area of the test specimen without slipping . The end of the measuring section is then a virtual point which lies approximately in the middle of the surface area of the test specimen which is surrounded by the ring web 50. The annular introduction of force into the thrust plate 40 has the advantage, among other things, that with slightly convex or concave specimen surfaces, the voltage distribution or load on the piezoelectric plates 37 and 38 changes only slightly, while z. B. with the provision of a circular support surface, the force would be point-shaped in the middle or at the edge and the resulting different stress distributions could lead to different sensitivities of the strain sensor. Another significant advantage of the ring-shaped bearing surface 49 is that the push plate 40 can only move laterally, but cannot tip over, since the flat expansion of the support forces the push plate 40 to maintain the horizontal or surface-parallel position. On the other hand, a cutting edge as a contact surface would allow rotation about the contact edge, so that the push plate 40 would transmit a bending moment to the piezoelectric plates 37 and 38, which would be deformed quite a bit as a result. The push plate 40 then exaggerated a lever and the piezoelectric plates 37 and 38 because of their low modulus of elasticity and the gap elasticities represent a joint. Such an arrangement would have the function of a bending beam with low spring constants, and accordingly the transmitted force and thus the sensitivity would be small.

Diese Biegeelastizität wird durch die Oberflächenführung stark vermindert. Der Ringsteg 50 muß weiter einerseits eine gewisse Stabilität besitzen, um kleine Momente übertragen zu können und andererseits eine solche Flexibilität aufweisen, daß sich die Auflagefläche 49 am Ringsteg 50 der Oberfläche 1 des Prüfkörpers anpassen kann. Optimale Verhältnisse sind gegeben, wenn die beiden Auflageflächen 36, 49 mit einer Flächenpressung von 2 x 10⁸ bis 3 x 10⁸ N/m² auf die Oberfläche des Prüfkörpers aufdrücken. Die Oberfläche des Prüfkörpers wird durch diesen Druck nicht beschädigt, und weiter kann der Dehnungsaufnehmer beliebig oft montiert und demontiert werden. Bei bekannten Dehnungsaufnehmern mit Schneiden oder Zacken, die sich in die Prüfkörperoberfläche eingraben, bereitet die Demontage und Montage Schwierigkeiten, wenn die ursprüngliche Empfindlichkeit reproduziert werden soll. Da die Spannschraube 31 im wesentlichen in der Mitte der Meßstrecke liegt, erleidet sie bei einer Dehnung des Prüfkörpers keine Verschiebung gegenüber diesem bzw. der Gewindebohrung 2. Die Spannschraube 31 übt deshalb, obwohl sie eine dritte kraftschlüssige Verbindung darstellt, keinen störenden Einfluß aus. Zudem liegt die Spannschraube 31 mit ihrem Kopf auf dem Brückenteil 34 des Übertragungsgliedes 32 auf und hat der Schraubenschaft ein ausreichendes Spiel in der Bohrung 35. Die Spannschraube 31, als Biegebalken betrachtet, ist verhältnismäßig lang, wobei die Federkonstante der Schraube im Vergleich zu den anderen Federkonstanten gering ist. Eine eventuell noch vorhandene Restverschiebung durch schlecht abgestimmte Elastizitäten - links und rechts - führt nur zu vernachlässigbar kleinen Fehlern. Da der elastische Teilbereich 33 des Kraftübertragungsgliedes eine geringe Querschnittsfläche hat, sollte die Auflagefläche 36 nicht gekrümmt, sondern gerade ausgebildet sein. Außerdem ist insbesondere eine ringförmige Gestalt der Auflagefläche 36 nicht notwendig, da an dieser Stelle eine direkte Wirkung auf die piezoelektrischen Platten nicht gegeben ist. Die Auflagefläche 36 ist, wie in Fig. 3 gezeigt, erfindungsgemäß in bezug auf die Mittelachse des elastischen Bereiches 33 gegen die Mitte der Meßstrecke bzw. des Dehnungsaufnehmers versetzt angeordnet. Durch diese exzentrische Krafteinleitung erfährt der elastische Bereich 33 infolge der Vorspannkraft der Schraube 31 ein Moment im Gegenuhrzeigersinn. Dieses Moment würde an und für sich eine Verbiegung des Bereiches 33 und eine Verschiebung der Auflagefläche 36 gegen die Mitte der Meßstrekke zur Folge haben. Diese Verschiebung kommt jedoch nicht zum Tragen, da ein zweites Moment im Uhrzeigersinn ebenfalls, durch die Vorspannkraft der Schraube 31 verursacht, auf das Brückenteil 34 einwirkt und dieses schwach verbiegt. Diese Verbiegung will die Auflagefläche 36 in umgekehrtem Sinn, wie vorher besprochen, verschieben. Die Elastizitäten vom elastischen Bereich 33 und Brückenteil 34 können daher so aufeinander abgestimmt werden, daß die beiden Verschiebungen der Auflagefläche 36 infolge der Verbiegung der Teile 33 und 34 sich gegenseitig kompensieren bzw. unabhängig davon sind, wie stark die Schraube 31 angezogen wurde. Diese Unabhängigkeit von der Schraubenvorspannung ergibt zwei Vorteile:

1. Sollte sich bei der Dehnung des Prüfkörpers 1 ebenfalls eine Verbiegung einstellen, was die Schraubenvorspannung verändern wird, so hat dies keinen Einfluß auf das Meßresultat.
2. Wenn d;e Kompensation nicht vorhanden wäre, ergäbe sich beim Spannen der Schraube 31 schon eine Vorspannung der piezoelektrischen Platten 37 und 38 bzw. eine Verlagerung des 0-Punktes aus der Mitte des Arbeitsbereiches. Dies bedeutete eine Einschränkung des Meßbereiches, wenn Schwingungen mit gleich großen positiven wie negativen Amplituden gemessen werden sollen.

This bending elasticity is greatly reduced by the surface guidance. On the one hand, the ring web 50 must have a certain stability in order to be able to transmit small moments and, on the other hand, have such flexibility that the bearing surface 49 on the ring web 50 can adapt to the surface 1 of the test specimen. Optimal conditions exist when the two

contact surfaces

36, 49 press onto the surface of the test specimen with a surface pressure of 2 × 10 ⁸ to 3 × 10 ⁸ N / m ² . The surface of the test specimen is not damaged by this pressure, and the strain gauge can be assembled and disassembled as often as required. In the case of known strain transducers with cutting edges or serrations that dig into the surface of the test specimen, disassembly and assembly are difficult if the original sensitivity is to be reproduced. Since the clamping screw 31 lies essentially in the middle of the measuring section, when the test specimen is stretched, it does not undergo any displacement relative to it or the threaded bore 2. The clamping screw 31 therefore does not exert any disruptive influence, although it represents a third non-positive connection. In addition, the tensioning screw 31 rests with its head on the bridge part 34 of the transmission member 32 and the screw shaft has sufficient play in the bore 35. The tensioning screw 31, viewed as a bending beam, is relatively long, the spring constant of the screw compared to the others Spring constant is low. Any remaining displacement due to poorly coordinated elasticities - left and right - only leads to negligible errors. Since the elastic partial area 33 of the force transmission member has a small cross-sectional area, the bearing surface 36 should not be curved, but should be straight. In addition, in particular an annular shape of the support surface 36 is not necessary, since there is no direct effect on the piezoelectric plates at this point. The bearing surface 36 is, as shown in FIG. 3, offset according to the invention with respect to the central axis of the elastic region 33 against the center of the measuring section or the strain sensor. As a result of this eccentric introduction of force, the elastic region 33 experiences a moment in the counterclockwise direction as a result of the pretensioning force of the screw 31. In itself, this moment would result in a bending of the area 33 and a displacement of the support surface 36 against the center of the measuring path. This shift does not come into play, however, since a second moment in the clockwise direction, also caused by the pretensioning force of the screw 31, acts on the bridge part 34 and weakly bends it. This deflection is intended to displace the support surface 36 in the opposite sense, as previously discussed. The elasticities of the elastic region 33 and the bridge part 34 can therefore be coordinated with one another in such a way that the two displacements of the bearing surface 36 compensate one another as a result of the bending of the

parts

33 and 34 or are independent of how much the screw 31 has been tightened. This independence from the bolt preload gives two advantages:

1. If, when the test specimen 1 is stretched, a bend also occurs, which will change the screw preload, this has no influence on the measurement result.
2. If the compensation were not present, the tensioning of the screw 31 would already result in a pre-tensioning of the piezoelectric plates 37 and 38 or a displacement of the zero point from the center of the working area. This meant a limitation of the measuring range if vibrations with positive and negative amplitudes of the same size were to be measured.

Letzteres ist meistens der Fall.The latter is mostly the case.

Eine Dehnung der Oberfläche 1 des Prüfkörpers bewirkt eine Verlängerung des Abstandes zwischen den Auflageflächen 36 und 49. Diese Verlängerung führt zu einer Verbiegung des elastischen Teilbereiches oder Elementes 33, wobei jedoch auch das Brückenteil 34 und die Schubplatte 40 leichte Biegungen erleiden. Der Biegung überlagert sich weiter eine Schubverformung des elastischen Teilbereiches 33, des Brückenteils 34, der piezoelektrischen Platten 37 und 38 und der Schubplatte 40. Durch geeignete Dimension der Dicke S₃ und der Länge 1₃ des elastischen Teilbereiches 33 kann die Empfindlichkeit des Dehnungsaufnehmers abgestimmt werden. Dabei ist anzumerken, daß nicht nur der Dehnungsaufnehmer selbst durch die Verformung der Prüfkörperoberfläche eine Deformation erfährt, sondern daß er auch Kräfte auf die Oberfläche des Prüfkörpers ausübt und dadurch sekundäre Verformungen in umgekehrter Richtung zu der primären Dehnung der Oberfläche hervorruft. Eine Abstimmung bzw. Alibrierung des Dehnungsaufnehmers ist daher immer nur für das gleiche Unterlagematerial zutreffend.An expansion of the surface 1 of the test specimen causes an extension of the distance between the contact surfaces 36 and 49. This extension leads to a bending of the elastic partial area or element 33, whereby however the bridge part 34 and the thrust plate 40 also suffer slight bends. The deflection is superimposed on further a shear deformation of the elastic sub-region 33, the bridge portion 34, the piezoelectric sheets 37 and 38 and the thrust plate 40. By a suitable dimension of the thickness S ₃ and the length 1 ₃ of the elastic piece portion 33, the sensitivity of the strain gauge can be matched . It should be noted that not only does the strain transducer itself undergo deformation due to the deformation of the test specimen surface, but that it also exerts forces on the surface of the test specimen, thereby causing secondary deformations in the opposite direction to the primary stretch of the surface. Adjustment or calibration of the extensometer is therefore only applicable to the same base material.

Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Dehnungsaufnehmers nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind zwei piezoelektrische halbringförmige Platten 52 und 53 sowie ein Schubring 58 mit daran angeformten Abstützstegen 59 und 60 konzentrisch um die Spannschraube 31 angeordnet. Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Schubring 58 an seinem inneren und äußeren Umfangsbereich mit Einstichen oder Ausnehmungen 61 versehen, die jeweils eine innere bzw. äußere Abdeckringscheibe 62 bilden, welche unter axialer Vorspannung stehen. Von jeder Abdeckringscheibe 62 erstreckt sich, wie dargestellt, eine Abdeckhülse 63 nach unten. Der Schubring ist, wie dargestellt, in einem Raum zwischen zwei beabstandeten elastischen Gehäuseteilen 68, 69 aufgenommen, welche sich vom Gehäuseblock 51 nach unten in Richtung auf die Oberfläche 1 des Prüfkörpers bis in die nähe des betreffenden unteren Endes der Abdeckhülsen 63 erstrecken. Jede Abdeckhülse 63 steht an ihrem unteren Ende mit dem betreffenden Gehäuseteil 68, 69, z. B. durch eine Schweißnaht, in Verbindung.5 shows a further preferred embodiment of a strain sensor according to the invention. In this embodiment, two piezoelectric half-ring-shaped plates 52 and 53 and a thrust ring 58 with support webs 59 and 60 formed thereon are arranged concentrically around the clamping screw 31. Similar to 3, the thrust ring 58 is provided on its inner and outer circumferential area with recesses or recesses 61, which each form an inner or outer cover ring disk 62, which are under axial prestress. As shown, a cover sleeve 63 extends downward from each cover ring disk 62. As shown, the thrust ring is accommodated in a space between two spaced-apart elastic housing parts 68, 69, which extend downward from the housing block 51 in the direction of the surface 1 of the test specimen into the vicinity of the relevant lower end of the cover sleeves 63. Each cover sleeve 63 is at its lower end with the relevant housing part 68, 69, z. B. by a weld, in connection.

Der Schubring 58 ist weiter gemäß Fig. 5 und 6 mit einem Einschnitt 64 von bestimmter Tiefe versehen, um den Kraftnebenschluß, d. h. die direkte Übertragung von Kräften zwischen den Stegen 59 und 60 zu reduzieren bzw. abzustimmen. Der Einschnitt 64 erstreckt sich durch den Mittelpunkt des Schubringes senkrecht zur Meßstrecke.The thrust ring 58 is further shown in FIGS. 5 and 6 with an incision 64 of a certain depth to the force shunt, d. H. to reduce or coordinate the direct transmission of forces between the webs 59 and 60. The incision 64 extends through the center of the thrust ring perpendicular to the measuring section.

Anstelle der direkten Ladungssignalabführung gemäß Fig. 3 kann weiter vorzugsweise gemäß Fig. 5 ein Miniaturverstärker 57 entweder im Gehäuseblock 51 oder in einer daran befestigten Hülse 56 angeordnet sein. Damit ergibt sich der Vorteil einer gegen Isolationsverluste und Störeinflüsse une f* dlichen Signalableitung mit niedriger Impedanz. Solche und ähnliche Miniaturverstärker sind z. B. in der Schweizer Patentschrift 54 243 beschrieben. Es versteht sich, daß anstelle des Vorsehens von einem integrierten Miniaturverstärker 57 auch ein getrennter Verstärker mit der Anordnung zur Ladungsabteilung gemäß Fig. 3 und umgekehrt verwendet werden kann.Instead of the direct charge signal discharge according to FIG. 3, a miniature amplifier 57 can further preferably be arranged according to FIG. 5 either in the housing block 51 or in a sleeve 56 attached to it. This results in the advantage of a signal lead with low impedance which is not harmful to insulation losses and interference. Such and similar miniature amplifiers are e.g. B. described in Swiss Patent 54 243. It goes without saying that instead of the provision of an integrated miniature amplifier 57, a separate amplifier with the arrangement for the charge division according to FIG. 3 and vice versa can also be used.

Fig. 6 zeigt den Dehnungsaufnehmer nach Fig. 5 in Draufsicht. Für eine optimale Abstützung und Übertragung der Schubkräfte S auf die piezoelektrischen Platten 52 und 53 ist eine geeignete Dimensionierung der Länge B und des Durchmessers D der an den elastischen Stegen 59, 60 befindlichen Auflageflächen 65 und 66 von Bedeutung. Das elastische Verhalten bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt sich daher aus der Elastizität des durch den Einschnitt 64 verbleibenden Restquerschnittes des Schubringes sowie der teilkreisförmig gekrümmten Stege 59 und 60.FIG. 6 shows the strain sensor according to FIG. 5 in a top view. For optimal support and transmission of the thrust forces S to the piezoelectric plates 52 and 53, a suitable dimensioning of the length B and the diameter D of the bearing surfaces 65 and 66 located on the elastic webs 59, 60 is important. The elastic behavior in the present embodiment is therefore determined from the elasticity of the remaining cross-section of the thrust ring remaining through the cut 64 and the part-circularly curved webs 59 and 60.

Wie erwähnt, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 die piezoelektrischen Platten 52 und 53 vorzugsweise in Form von zwei halbringförmigen Scheiben ausgebildet. Die Anordnung dieser piezoelektrischen Platten 52 und 53 mit den entsprechenden Kristallachsen X, Y, Z ist in Fig. 7 im Detail gezeigt. Fig. 8 zeigt, wie die piezoelektrischen Platten 52 und 53 dadurch bereitgestellt werden können, daß man aus zwei gelochten piezoelektrischen, nur auf Schubkräfte ansprechenden Platten durch je einen Schnitt längs der Z-Achse vier halbringförmige Platten 52, 53, 70, 71 herstellt. Damit bei Einleitung der Schubkräfte S (Fig. 5) über die Stege 59 und 60, den Schubring 58, die Isolationsplatte 54 und die Elektrode 55 auf die piezoelektrischen Platten 52 und 53 jeweils auf einer Seite nur Ladungen gleicher Polarität entstehen, muß die Paarung der piezoelektrischen Platten so erfolgen, daß die kristallografische X-Achse der Platte 53 entgegengesetzt zur kristallografischen X-Achse der Platte 52 verläuft. Fig. 8 zeigt im Detail, wie die Kombination der Platten 52 und 53 vorzunehmen ist. In gleicher Weise sind die Platten 70 und 71 als Paar verwendbar, jedoch ergibt das einen Aufnehmer mit umgekehrter Polarität. Bei der Montage des Dehnungsaufnehmers versteht es sich, daß die piezoelektrischen Platten 52 und 53 bezüglich ihrer Achsen sehr genau in Übereinstimmung mit den in Fig. 6 gezeigten Aufnehmerbezugsflächen 67 (nur eine ist dargestellt) angeordnet werden müssen. Im übrigen wird bezüglich der weiteren Konstruktionsmerkmale auf die Beschreibung zu der Ausführungsform nach Fig. 3 verwiesen.As mentioned, in the embodiment according to FIGS. 5 and 6 the piezoelectric plates 52 and 53 are preferably designed in the form of two semi-annular disks. The arrangement of these piezoelectric plates 52 and 53 with the corresponding crystal axes X, Y, Z is shown in detail in FIG. 7. Fig. 8 shows how the piezoelectric plates 52 and 53 can be provided by producing four semi-annular plates 52, 53, 70, 71 from two perforated piezoelectric plates that are only responsive to shear forces by one cut along the Z axis. So that when the shear forces S (FIG. 5) are introduced via the webs 59 and 60, the thrust ring 58, the insulation plate 54 and the electrode 55 onto the piezoelectric plates 52 and 53, only charges of the same polarity are formed on one side, the pairing of Piezoelectric plates are made so that the crystallographic x-axis of plate 53 is opposite to the crystallographic x-axis of plate 52. Fig. 8 shows in detail how the combination of the plates 52 and 53 is to be carried out. In the same way, the plates 70 and 71 can be used as a pair, but this results in a sensor with reversed polarity. When mounting the strain sensor, it is understood that the piezoelectric plates 52 and 53 must be arranged very precisely with respect to their axes in accordance with the sensor reference surfaces 67 shown in FIG. 6 (only one is shown). Otherwise, with regard to the further design features, reference is made to the description of the embodiment according to FIG. 3.

Anders als die Aufnehmerbauarten nach Fig. 1 und 2 bieten die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 5 des Dehnungsaufnehmers mit nur einer einzigen Spannschraube 31 den Vorteil, daß sich diese Dehnungsaufnehmer bei nicht genau bekannter Richtung des Spannungsfeldes S im Prüfkörper leicht auf die maximale Spannungs- bzw. Dehnungsverhältnisse einstellen lassen, indem nach jedem Kalibrierungsvorgang die Aufnehmerbezugsflächen 67 um einen bestimmten Winkel gegenüber der Oberfläche des Prüfkörpers verdreht werden, bis eine maximale Signalabgabe angezeigt wird. Gegenüber den Zwei- oder Mehrschraubenausführungen nach Fig. 1 und 2 bieten daher die Einschraubenausführungen nach Fig.3 3 und 5 wesentliche Anwendungsvorteile.In contrast to the transducer types according to FIGS. 1 and 2, the embodiments according to FIGS. 3 and 5 of the strain transducer with only a single tensioning screw 31 have the advantage that, when the direction of the stress field S in the test specimen is not exactly known, these strain transducers easily adjust to the maximum stress or allow expansion ratios to be set by rotating the transducer reference surfaces 67 by a certain angle with respect to the surface of the test specimen after each calibration process until a maximum signal output is displayed. Compared to the two or more screw designs according to FIGS. 1 and 2, the single screw designs according to FIGS. 3 and 5 therefore offer significant application advantages.

Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können zur Signalverarbeitung handelsübliche Anzeigegeräte für Schwell-oder Maximalwerte mit angeschlossenen Umschaltrelais je nach Verwendungszweck der Überwachungsanlage verwendet werden. Um eine genaue und repetierbare Meßwertanzeige zu erhalten, wird die gesamte Meßkette vorteilhafterweise in situ kalibriert. Dazu wird z. B. bei einer Überwachungsanlage für Pressen ein Referenzkraftmeßelement unter den Pressenstempel gelegt, worauf die Kalibrierung stufenweise vorgenommen werden kann.In all of the described embodiments of the invention, commercially available display devices for threshold or maximum values with connected switching relays can be used for signal processing, depending on the intended use of the monitoring system. In order to obtain an accurate and repeatable display of measured values, the entire measuring chain is advantageously calibrated in situ. For this, z. B. in a monitoring system for presses, a reference force measuring element is placed under the press ram, after which the calibration can be carried out in stages.

Claims

1. A piezoelectric strain transducer for determining the elongation of a measuring section on the surface of a test element and/or a force acting on the test element, having at least one piezoelectric plate held under pretension, and a force-transmitting member for tunably applying a force to the piezoelectric plate, characterized in that

a) the said at least one piezoelectric plate (37, 38, 52, 53) in a manner known per se is conditioned to solely respond to shear forces and

b) that the piezoelectric plate is arranged in said force-transmitting member (32, 34, 40, 51, 58) such that, upon a change of length of two spaced bearing surfaces (39, 49, 65, 66) substantially only a shear force acts on the piezoelectric plate, said force-transmitting member by means of a single fastening screw (31) is adapted to be frictionally coupled to the ends of the measuring section through said bearing surfaces.

2. Strain transducer according to claim 1, characterized in that at least one of the bearing surfaces (36, 49, 65, 66) is provided on the resilient member (33, 59, 60).

3. Strain transducer according to claim 2, characterized in that the bearing surface (36) provided on the resilient member (33) is straight and the other bearing surface (49) located in the region of the piezoelectric plate (37, 38), has an annular configuration.

4. Strain transducer according to claim 3, characterized in that the said one bearing surface (36) is narrower than the resilient member (33) and offset eccentrically with respect to the latter in the direction of the centre of-the measuring section.

5. Strain transducer according to one of the preceding claims, characterized by a shear plate (40) supporting the piezoelectric plate (37, 38) with respect to the transmitting member (32, 34), said shear plate being connected in a shear-resilient manner to the transmitting member and comprising one of the said bearing surfaces (36, 49).

6. Strain transducer according to claim 1 or 2, characterized in that both of said bearing surfaces (65, 66) have a partial-circular configuration.

7. Strain transducer according to claim 1, 2 or 6, characterized by a shear ring (58) comprising the resilient members (59, 60) and the bearing surfaces (65, 66) and located in a housing block (51), wherein the shear ring, the bearing surfaces and the piezoelectric plate (52, 63) arranged between the shear ring and housing block, are loeated concentrically with respect to the fastening screw(31)

8. Strain transducer according to claim 7, characterized in that the shear ring (58) comprises cuts (61), which relative to the longitudinal axis of the fastening screw (31) form longitudinally resilient annular cover plates (62) and transversely resilient covering sleeves (3), the latter being tightly connected to adjacent tubutar concentric portions (68, 69) of the housing blick (51)

9. Strain transducer according to claims 7 or 8, characterized in that the shear ring (58) comprises a slot (84) for the adaptation of the elastic force by-pass

10. Strain transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing pressure of the bearing surfaces (36, 49, 65, 66) amounts to 2x 10⁸- 3×10⁸ N/m² and is adjustable.

11. Strain transducer according to claim 2, characterized in that its measuring sensitivity is adjustable by varying the constant of elasticity of the respective resilient member.

12. Strain transducer according to claim 1, characterized in that the piezoelectric plate (37, 38, 52, 53) consists of a monocrystalline quartz.

13. Strain transducer according to claim 12, characterized in that the piezoelectric plate (37, 38) is a solid disc of quartz cut with a Y-cut.

14. Strain transducer according to claim 12, characterized in that the piezoelectric plate (52, 53) with a Y-cut is formed from two annular segments to be arranged such that only plate surfaces having the same polarity abut an electrode (55).

15. Strain transducer according to claim 12, characterized in that the crystallographic X-axis of the piezoelectric plate (37, 38, 52, 53) is oriented parallel to the longitudinal axis (67) of the strain transducer.

16. Strain transducer according to one of the preceding claims, characterized by an incorporated miniature amplifier (57).

17. Strain transducer according to one of the preceding claims, characterized in that instead of an insulating plate located below the piezoelectric plate, a further piezoelectric plate is provided and an electrode is clamped between the piezoelectric plates.

18. Strain transducer according to claim 1, characterized in that the piezoelectric plate (37, 38, 52, 53) consists of a piezo-ceramic polarised to respond to shear forces only.